[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laborgerätsystem mit einem Laborgerät
zum Behandeln einer Probe und auf ein derartiges Laborgerät.
[0002] Ein solches Laborgerät ist beispielsweise ein Rotationsverdampfer zum Verdampfen
eines Stoffgemischs. Das Gemisch ist dabei in einem Rotationskolben bereitgestellt
und wird durch Wärmezufuhr mittels eines Heizbads und einer Rotationsbewegung des
Kolbens unter Anlegen eines Unterdrucks in dem Kolben verdampft.
[0003] Ein weiteres derartiges Laborgerät ist beispielsweise ein Magnet- oder Heizrührer.
In einem solchen Gerät wird die in einem Probenbehälter vorgesehene Probe (beispielsweise
eine Flüssigkeit) mittels einer Heizplatte erhitzt und gleichzeitig mittels eines
sich in dem Probenbehälter drehenden Stäbchens (Rührfisch) durchmischt, indem dieses
durch einen Antrieb des Magnetrührers magnetisch zu einer Rotationsbewegung angetrieben
wird.
[0004] Auch Schüttel- und Mischgeräte können beispielsweise bei der Erfindung zum Einsatz
kommen. In einem Schüttel- und Mischgerät wird eine Durchmischung (bzw. Schütteln
und Mischen) der Probe bzw. mehrerer Proben dadurch erzielt, dass diese in periodische
ein-, zwei- oder dreidimensional ausgeführte Bewegungen versetzt wird bzw. werden,
wie z.B. rotierende, vibrierende, kreisförmige, taumelnde oder wippende Bewegungen.
Zudem ist durch Anordnen des Geräts in einem Inkubator zugleich ein Beheizen der Probe(n)
möglich.
[0005] Die beispielhaft genannten Laborgeräte sind somit in der Lage, verschiedene Bewegungen
einer bzw. in einer Probe zu bewirken und dieser gleichzeitig Wärmeenergie zuzuführen.
Dabei ist in der Regel die Zufuhr elektrischer Energie sowohl zu der Heizvorrichtung
als auch zu einem Antrieb der die Bewegung initiiert bzw. zu weiteren in dem Laborgerät
vorgesehenen elektrisch betriebenen Komponenten (z.B. einer Vakuumpumpe) nötig.
[0006] Ferner kann es auch gewünscht sein, eine Probe in einem derartigen Laborgerät nicht
nur zu heizen, sondern auch zu kühlen, d.h. Wärmeenergie von ihr abzuführen, beispielsweise
als nachgeschalteten Prozess nach einem Heizvorgang und/oder zum Vermeiden unerwünschter,
beispielsweise chemischer Reaktionen in der Probe.
[0008] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Laborgerätsystem bzw. ein verbessertes
Laborgerät bereitzustellen, mit dem insbesondere eine bessere Nutzung der zugeführten,
insbesondere elektrischen, Energie möglich ist und/oder das in der Lage ist, eine
Probe wahlweise zu heizen und/oder zu kühlen.
[0009] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Laborgerätsystem gemäß Anspruch 1 und ein Laborgerät
gemäß Anspruch 13. Weiterbildungen der Erfindung sind unten stehend bzw. in den Unteransprüchen
angegeben. Dabei kann das Laborgerät auch durch die unten stehenden bzw. in den Unteransprüchen
gegebenen Merkmale des Laborgerätsystems weitergebildet sein und umgekehrt, sofern
dies sinnvoll ist.
[0010] Ein erfindungsgemäßes Laborgerätsystem umfasst zumindest ein Laborgerät sowie zumindest
ein Probenaufnahmeelement und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung. Gemäß der
Erfindung erfolgt durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport von einem
Antriebselement der Vorrichtung zu einem Probenaufnahmeelement des Laborgeräts.
[0011] Die Wärmetransportvorrichtung dient zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie
zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement. Durch die Wärmetransportvorrichtung wird ein
Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement und dem Laborgerät und/oder einer
außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder einer außerhalb
des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt.
[0012] Der Wärmetransport kann dabei zu der Probe hin oder von dieser weg gerichtet sein,
d.h. die Probe kann geheizt und/oder gekühlt werden. Die Wärmetransportvorrichtung
(auch als Wärmetransportsystem bezeichnet) und das Probenaufnahmeelement können jeweils
entweder integrale Bestandteile des Laborgeräts sein (d.h. in oder an dem Laborgerät
vorgesehen sein), oder sie können separat von dem Laborgerät bereitgestellt sein.
Generell ist mit "Temperieren" gemeint "Heizen und/oder Kühlen".
[0013] Das Probenaufnahmeelement kann beispielsweise ein Behälter (z.B. ein Kolben oder
ein Becherglas) zur Aufnahme einer Probe sein (z.B. eine Flüssigkeit) und/oder das
Probenaufnahmeelement kann beispielsweise eine Platte bzw. Plattform sein, auf der
die Probe oder ein die Probe enthaltender Behälter positioniert werden kann.
[0014] Mit dem erfindungsgemäßen Laborgerätsystem ist es beispielsweise möglich, eine in
dem Laborgerät selbst erzeugte Abwärme zum (Vor-) Heizen einer Probe zu nutzen und/oder
eine in dem Laborgerät zu behandelnde Probe durch eine externe Heiz- und/oder Kühlvorrichtung
zu heizen (z.B. auch durch die Abwärme eines anderen Laborgeräts) bzw. zu kühlen und/oder
die Probe durch Wärmeaustausch mit z.B. der Umgebungsluft und/oder einem Heiz- bzw.
Kältebad zu heizen bzw. zu kühlen.
[0015] Das Probenaufnahmeelement kann dabei ein Teil des Laborgeräts sein oder außerhalb
des Laborgeräts vorgesehen sein. So kann beispielsweise einer in bzw. auf dem Laborgerät
positionierten Probe Wärme zu- und/oder abgeführt werden, oder einer für das Laborgerät
vorgesehenen Probe vorab (d.h. vor Behandlung in dem Laborgerät) Wärmeenergie zu-
und/oder abgeführt werden (z.B. zum Vorwärmen) und/oder die Abwärme des Laborgeräts
zum Heizen einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Probe genutzt werden.
[0016] Vorzugsweise umfasst das Laborgerät weiter eine Temperiervorrichtung zum Zu- bzw.
Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von einem Probenaufnahmeelement des Laborgeräts.
Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Probenaufnahmeelement, auf dem eine Probe
bzw. ein die Probe enthaltender Behälter vorgesehen ist, direkt, d.h. unmittelbar
und mit möglichst wenig Energieverlust, zu heizen bzw. zu kühlen. Wenn das Probenaufnahmeelement
eine Platte ist, so kann diese entweder selbst als Temperiervorrichtung ausgebildet
sein, oder eine Temperiervorrichtung kann separat von der Platte vorgesehen sein um
diese zu temperieren, wobei sie vorzugsweise direkt an die Platte angrenzt um einen
möglichst guten Energieübertrag zu ermöglichen.
[0017] Weiter bevorzugt ist die Temperiervorrichtung des Laborgeräts ein Peltier-Element,
wobei die Wärmetransportvorrichtung dem Peltier-Element vorzugsweise Wärmeenergie
zu- und/oder abführt. Ein Peltier-Element umfasst zwei Platten mit dazwischen vorgesehenen
Halbleitern, wobei sich zwischen den Platten bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz
einstellt. Das Peltier-Element kann sowohl zum Heizen als auch, bei Stromrichtungsumkehr,
zum Kühlen des Probenaufnahmeelements verwendet werden. Der Effekt des Kühlens bzw.
Heizens kann durch Kühlen der warmen Seite des Peltier-Elements bzw. durch Wärmen
der kalten Seite des Peltier-Elements noch verstärkt werden. Die Wärmezufuhr bzw.
Wärmeabfuhr erfolgt dabei durch die Wärmetransportvorrichtung. Somit ist es beispielsweise
auf einfache Art und Weise möglich, eine in dem Laborgerät angeordnete Probe wahlweise
zu heizen oder zu kühlen, wobei durch die Wärmetransportvorrichtung bei einem Wechsel
von Heizen zu Kühlen Wärmeenergie schnell von der Probe abgeführt werden kann bzw.
bei einem Wechsel von Kühlen zu Heizen schnell Wärmeenergie zugeführt werden kann.
[0018] Die Wärmetransportvorrichtung kann einen Fluidkreislauf, vorzugsweise einen Flüssigkeitskreislauf,
umfassen, der vorzugsweise weiter eine Pumpe aufweist. Damit kann beispielsweise auf
einfache Art und Weise Wärmeenergie zu dem Probenaufnahmeelement transportiert bzw.
von diesem abtransportiert werden.
[0019] Alternativ kann die Wärmetransportvorrichtung auch jeweils einen in dem Laborgerät
vorgesehenen Gaseinlass und Gasauslass umfassen und vorzugsweise weiter einen in dem
Laborgerät vorgesehenen Gasdurchlass. Dadurch ist es beispielsweise möglich, durch
einen Gasstrom (z.B. einen Luftstrom) einen Wärmetransport zu ermöglichen.
[0020] Alternativ kann die Wärmetransportvorrichtung auch ein Wärmerohr sein, wobei das
Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass es ein örtliches Gefälle von einem
kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist. Ein Wärmerohr ist ein Wärmeübertrager
von einem warmen Ort zu einem kalten Ort. An dem warmen Ort (Wärmequelle) verdampft
das in dem Wärmerohr enthaltene Arbeitsmedium (z.B. Wasser oder Ammoniak). Der so
entstandene Dampf strömt in dem Wärmerohr aufgrund des dadurch entstehenden Druckgefälles
zu dem mit dem kalten Ort (Wärmesenke) in Verbindung stehenden Ende des Wärmerohres,
wo er wieder kondensiert und so Wärme abgibt. Das wiederverflüssigte Arbeitsmedium
kehrt durch Schwerkraft (Thermosiphon) bzw. durch Kapillarkräfte (Heatpipe) wieder
zurück zu der Stelle, an der die Wärme eingeleitet wird.
[0021] Insbesondere bei einem schwerkraftgetriebenem Rücktransport des Arbeitsmediums ist
die Anordnung des Wärmerohrs in einem Gefälle von dem kälteren Ort zum wärmeren Ort
hin für das Funktionieren des Wärmetransportes wichtig, d.h. dass das Wärmerohr eine
Steigung von dem wärmeren zum kälteren Ort hin aufweist. Bei einem kapillargetriebenem
Rücktransport des Arbeitsmediums kann der Rücktransport durch die Anordnung des Wärmerohres
in einem Gefälle von kalt zu warm unterstützt werden, bzw. durch entgegengesetzte
Anordnung des Wärmerohres (d.h. in einem Gefälle vom wärmeren zum kälteren Ort hin)
der Rücktransport durch die Schwerkraft schlimmstenfalls verhindert werden.
[0022] Gemäß der Erfindung erfolgt durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport
von einem Antriebselement (d.h. insbesondere eine elektrisch betriebene Komponente)
der Vorrichtung, vorzugsweise einem Rotationsantrieb und/oder einer Pumpe und/oder
einem Kompressor, zu einem Probenaufnahmeelement des Laborgeräts. Dadurch kann beispielsweise
die dem Laborgerät zugeführte (elektrische) Energie optimal genutzt werden, da die
Abwärme des Motors zum Erwärmen der Probe verwendet wird und somit nicht ungenutzt
an die Umgebung abgegeben wird. Zudem wird dadurch das Antriebselement der Vorrichtung
gekühlt, was einem Überhitzen des Antriebselements vorbeugt und/oder dessen Lebens-
bzw. Nutzungsdauer erhöht.
[0023] Vorzugsweise umfasst das Laborgerätsystem weiter zumindest einen Sensor, vorzugsweise
eine Temperaturmesseinrichtung. Damit kann beispielsweise eine aktuelle Temperatur
in der Vorrichtung, insbesondere in einer Probe, gemessen werden und diese beispielsweise
mit einem Soll-Temperaturwert verglichen werden. Insbesondere ist es damit auch möglich
den Wärmetransport über die Wärmetransportvorrichtung sensorgesteuert, vorzugsweise
automatisch, durchzuführen.
[0024] Vorzugsweise ist das Probenaufnahmeelement ein Behälter, der vorzugsweise thermisch
isoliert ist und/oder eine Temperiervorrichtung umfasst. Dadurch ist es beispielsweise
möglich, Wärmeverluste von einer beheizten Probe an die Umgebung zu verringern und/oder
einen besseren Wärmeübertrag in die Probe (d.h. das Medium) zu erzielen.
[0025] Vorzugsweise umfasst das Laborgerät einen Magnetrührer und/oder einen Rotationsverdampfer
und/oder ein Schüttel- und Mischgerät und/oder einen Inkubator und/oder einen Gefriertrockner
bzw. ist als eines dieser Geräte ausgebildet.
[0026] Vorzugsweise ist zumindest die Wärmetransportvorrichtung als Aus- oder Nachrüstsatz
für das Laborgerät bereitgestellt. Damit kann ein bereits vorhandenes Laborgerät beispielsweise
mit einer Wärmetransportvorrichtung nachgerüstet werden, so dass die oben beschriebenen
Effekte der Erfindung auch mit einem bereits vorhandenen Laborgerät erzielt werden
können.
[0027] Ein erfindungsgemäßes Laborgerät umfassend zumindest ein Probenaufnahmeelement und
zumindest eine Wärmetransportvorrichtung zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie
zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement, wobei durch die Wärmetransportvorrichtung ein
Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement und dem Laborgerät und/oder einer
außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder einer außerhalb
des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt. Damit sind die oben
in Bezug auf das erfindungsgemäße Laborgerätsystem beschriebenen Wirkungen auch mit
einem Laborgerät erzielbar, d.h. wenn die Wärmetransportvorrichtung und das Probenaufnahmeelement
integrale Bestandteile des Laborgeräts sind.
[0028] Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Laborgerät, insbesondere ein Magnetrührer,
ein Peltier-Element zum Temperieren des Probenaufnahmeelements, wobei die Wärmetransportvorrichtung
vorzugsweise ein Wärmerohr ist zum Zu- und/oder Abführen von Wärme zu bzw. von dem
Peltier-Element und wobei das Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass es ein
örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist. Somit ist
es beispielsweise möglich, eine Substratplatte (Probenaufnahmeelement) des Magnetrührers
wahlweise zu beheizen und/oder zu kühlen und bei einem Wechsel zwischen Heizen und
Kühlen (oder umgekehrt) Wärme schnell abzuführen (bzw. zuzuführen).
[0029] Ein Verfahren dient dem Energietransport in einem Laborgerätsystem, wobei das Laborgerätsystem
zumindest ein Laborgerät, zumindest ein Probenaufnahmeelement und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung
zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie umfasst. Das Verfahren umfasst einen
Schritt des Wärmetransports, d.h. des Zu- und/oder Abführens von Wärmeenergie, wobei
der Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement und dem Laborgerät, insbesondere
einem Antriebselement und/oder einer Temperiervorrichtung des Laborgeräts, und/oder
zwischen dem Probenaufnahmeelement und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen
Temperiervorrichtung und/oder zwischen dem Probenaufnahmeelement und einer außerhalb
des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt. Alternativ oder
zusätzlich kann der Wärmetransport auch zwischen dem Laborgerät und einer außerhalb
des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder zwischen dem Laborgerät
und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgen.
[0030] Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Dabei kann das Verfahren
auch durch die mit Bezug auf die Vorrichtungen beschriebenen Merkmale weitergebildet
sein.
- Fig. 1
- ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Magnetrührers
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 2
- ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht des in Fig. 1 gezeigten
Magnetrührers gemäß einer Weiterbildung der Erfindung,
- Fig. 3
- ist eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitskreislaufs als Wärmetransportvorrichtung
gemäße einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 4a
- ist eine schematische Seitenansicht eines Magnetrührers mit einem derartigen Flüssigkeitskreislauf
und Fig. 4b eine schematische Schnittansicht dieses Magnetrührers und
- In Fig. 5a
- ist eine schematische Draufsicht auf einen Magnetrührer mit einer Wärmetransportvorrichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 5b zeigt eine schematische
Schnittansicht dieses Magnetrührers.
[0031] Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Das in Fig. 1 dargestellte Laborgerät ist ein Magnetrührer 1. Er umfasst
ein Gehäuse 3 und ein als Substratplatte 2 ausgebildetes Probenaufnahmeelement zum
Positionieren einer in Fig. 1 nicht gezeigten Probe darauf, welche beispielsweise
eine in einem Probenbehälter (z.B. einem Becherglas) bevorratete Flüssigkeit ist.
In dem Probenbehälter ist ein magnetisches Stäbchen (Rührfisch) vorgesehen (nicht
gezeigt), welches mittels eines in dem Gehäuse 3 des Magnetrührers 1 vorgesehenen
Antriebs (nicht gezeigt) magnetisch zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist.
[0032] Optional umfasst der Magnetrührer 1 (dann auch als Heizrührer bezeichnet) weiter
eine Heizvorrichtung 8, welche unter der Substratplatte 2 angeordnet ist und dazu
geeignet ist diese zu Heizen, vorzugsweise zu einer vorbestimmten Soll-Temperatur
aufzuheizen.
[0033] Das Gehäuse 3 des Magnetrührers 1 weist eine Lufteintrittsöffnung 4 auf um einen
Lufteintritt zu erlauben und eine Luftaustrittsöffnung 5 um einen Luftaustritt zu
erlauben. Ausgehend von der Lufteintrittsöffnung 4 ist ein kaminförmiger, sich vertikal
von der Eintrittsöffnung 4 nach oben in Richtung der Substratplatte 2 erstreckender
Luftdurchlass 6 vorgesehen. Über einen zweiten Luftdurchlass 7 wird eine durchgängige
Durchlassöffnung bzw. ein Durchgang von der Eintrittsöffnung 4 zur Luftaustrittsöffnung
5 bereitgestellt.
[0034] Im Betrieb des Magnetrührers, d.h. wenn der in dem Gehäuse 3 vorgesehene Antrieb
das in dem Probenbehälter vorgesehene Stäbchen magnetisch zu einer Rotationsbewegung
antreibt, erzeugt der Antrieb Wärme. Dadurch wird der Bereich innerhalb des Gehäuses
3 um die Eintrittsöffnung 4 erwärmt, d.h. die sich dort befindliche Luft erwärmt sich
und steigt aufgrund ihrer geringeren Dichte in dem kaminförmigen Durchlass 6 nach
oben in Richtung der Substratplatte 2 (Kamineffekt) und tritt dann durch den zweiten
Luftdurchlass 7 und die Luftaustrittsöffnung 5 wieder aus dem Gehäuse 3 aus. Die durch
die Lufteintrittsöffnung 4 nachströmende Luft bildet einen ersten Luftstrom L1 und
die aus der Austrittsöffnung 5 austretende Luft einen zweiten Luftstrom L2. Der erste
Luftstrom L1 hat eine geringere Temperatur als der zweite Luftstrom L2, d.h. durch
den Luftstrom im Inneren des Gehäuses wird die vom Antrieb erzeugte Wärme in Richtung
der Substratplatte 2 und dann aus dem Gehäuse 3 heraus transportiert. Somit wird der
Antrieb gekühlt, was dessen Leistungsfähigkeit und Lebensdauer erhöht. Andererseits
kann die Abwärme des Antriebs z.B. genutzt werden um die Substratplatte 2 und die
darauf angeordnete Probe zu wärmen.
[0035] Der Luftstrom im Inneren des Gehäuses 3 stellt sich dabei aufgrund des Kamineffekts
selbst ein, d.h. er muss nicht aktiv gesteuert und/oder erzeugt werden. Somit ist
durch den Luftstrom eine passive Wärmetransportvorrichtung bzw. ein passives Wärmetransportsystem
bereitgestellt.
[0036] Alternativ kann der Luftstrom auch verstärkt werden, d.h. die Luft kann z.B. aktiv
in die Lufteinlassöffnung 4 eingeblasen und/oder aus der Luftaustrittsöffnung 5 angesaugt
werden. Es ist auch möglich, den Luftstrom L1 zu kühlen oder zu heizen, d.h. gekühlte
bzw. erwärmte Luft in die Eintrittsöffnung 4 einströmen zu lassen bzw. einzuleiten.
Dadurch kann der Effekt des Kühlens des Antriebs bzw. des Heizens der Substratplatte
2 weiter verstärkt werden.
[0037] Alternativ zu Luft kann auch ein anderes Gas bzw. ein Gasstrom L1 verwendet werden.
[0038] In einer in Fig. 2 gezeigten Weiterbildung des Magnetrührers 1 ist anstelle des mit
Bezug auf Fig. 1 beschriebenen zweiten Luftdurchlasses 7 eine Luftleitung, beispielsweise
ein Rohr 9, vorgesehen. Das Rohr 9 steht vorzugsweise über ein Material 10 mit hoher
Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit der Heizvorrichtung 8 und/oder der Substratplatte
2 und ist aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, z.B. einem Metall
wie beispielsweise Kupfer gefertigt. Dadurch kann der Effekt des Heizens der Substratplatte
durch Nutzen der Abwärme des Antriebs noch verstärkt werden.
[0039] In einer in den Figuren nicht gezeigten Weiterbildung der Erfindung kann die Heizvorrichtung
8 des Magnetrührers 1 auch als eine Temperiervorrichtung, insbesondere als ein Peltier-Element
ausgebildet sein. Somit ist es möglich die Substratplatte 2 und dadurch die darauf
angeordnete Probe nicht nur zu heizen, sondern auch zu kühlen.
[0040] Das Peltier-Element ist dabei dazu geeignet, bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz
zwischen der oberen (der Substratplatte zugewandten) Platte und der unteren (der Substratplatte
abgewandten) Platte des Peltier-Elements zu erzeugen. Wenn die Substratplatte 2 geheizt
werden soll, so kann die Temperatur der oberen (in diesem Falle warmen) Platte des
Peltier-Elements weiter erhöht werden, indem die untere Platte durch den durch das
Gehäuseinnere geleiteten Luftstrom ebenfalls erwärmt wird. Dadurch kann die Substratplatte
schneller und/oder auf eine höhere Temperatur beheizt werden. Analog dazu kann ein
Kühleffekt dadurch verstärkt und/oder beschleunigt werden, dass die untere Platte
des Peltier-Elements durch den Luftstrom gekühlt wird.
[0041] Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Wärmetransportsystems (Wärmetransportvorrichtung)
für den erfindungsgemäßen Einsatz in einem Laborgerät, z.B. einem Magnetrührer. Die
in Fig. 3 gezeigte Wärmetransportvorrichtung ist ein Fluidkreislauf, insbesondere
ein Flüssigkeitskreislauf 20, mit einer Leitung 21 zum hindurch Leiten einer Flüssigkeit.
Die Leitung 21 verbindet eine Temperiervorrichtung 22, beispielsweise eine Heizvorrichtung
und/oder eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine elektrisch betriebenen Temperiervorrichtung,
mit einer Wärmeaustauschvorrichtung 23. Die Wärmeaustauschvorrichtung 23 steht in
Verbindung mit einem in Fig. 3 nicht gezeigten Probenaufnahmeelement (z.B. die Substratplatte
2 eines Magnetrührers 1) und ist dazu geeignet, einen Wärmeaustausch zwischen dem
Probenaufnahmeelement und der Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufs 20 durchzuführen.
[0042] Mittels einer in der Leitung 21 vorgesehenen Pumpe 24 wird die Flüssigkeit (Heiz-
und/oder Kühlmittel), beispielsweise Wasser, in einem Kreislauf innerhalb der Leitung
21 zwischen der Temperiervorrichtung 22 und der Wärmeaustauschvorrichtung (Wärmeübertrager)
23 transportiert. Optional kann der Flüssigkeitskreislauf 20 noch einen Expansions-
und/oder Speicherbehälter 25 für die Flüssigkeit umfassen, der in den von der Leitung
21, der Pumpe 24, der Temperiervorrichtung 22 und der Wärmeaustauschvorrichtung 23
gebildeten Kreislauf integriert ist. Der Expansions- und/oder Speicherbehälter 25
ist dabei stromabwärts von der Wärmeaustauschvorrichtung 23 in den Kreislauf integriert.
[0043] Zum Heizen des Probenaufnahmeelements des Laborgeräts wird die Flüssigkeit durch
die Temperiervorrichtung 22 erwärmt (d.h. sie nimmt Wärmeenergie auf, was durch den
Pfeil 26 symbolisiert ist) und dann mittels der Pumpe 24 durch die Leitung 21 zu der
Wärmeaustauschvorrichtung 23 transportiert, wo die Flüssigkeit ihre Wärme an das Probenaufnahmeelement
des Laborgeräts abgibt (symbolisiert durch den Pfeil 27) und dadurch abkühlt, wobei
sich das Probenaufnahmeelement durch die aufgenommene Wärme erwärmt. Ebenso kann das
Probenaufnahmeelement gekühlt werden, indem die Flüssigkeit in der Temperiervorrichtung
22 gekühlt wird und dann in der Wärmeaustauschvorrichtung 23 durch Zufuhr von Wärmeenergie
von dem Probenaufnahmeelement erwärmt wird.
[0044] Dabei kann die durch die Temperiervorrichtung 22 bzw. in der Wärmeaustauschvorrichtung
23 erwärmte Flüssigkeit auch in die dampfförmige Phase gebracht, d.h. über ihren Siedepunkt
erhitzt werden und der so entstehende Dampf dann weiter zu der Wärmeaustauschvorrichtung
23 bzw. der Temperiervorrichtung 22 bzw. dem Expansions- und/oder Speicherbehälter
25 geleitet werden.
[0045] Optional kann die Flüssigkeit bzw. der Dampf nach dem Abgeben bzw. Aufnahmen von
Wärmeenergie in der Wärmaustauschvorrichtung 23 in dem Expansions- und/oder Speicherbehälter
25 gespeichert und/oder expandiert werden. Insbesondere wird dampfförmiges Kühlmittel
dabei durch Expansion, d.h. Zunahme seines Volumens, wieder verflüssigt.
[0046] Der Fluid- oder Flüssigkeitskreislauf 20 kann in dem Laborgerät selbst vorgesehen
sein (d.h. integral mit diesem gebildet sein) oder er kann separat von dem Laborgerät
bereitgestellt sein und so mit diesem ein Laborgerätsystem bilden. Beispielsweise
kann der Fluid- oder Flüssigkeitskreislauf 20 anstelle des mit Bezug auf Fig. 1 und
2 gezeigten Luftstroms der Substratplatte 2 und/oder einer in dem Magnetrührer vorgesehene
Temperiervorrichtung 8, insbesondere ein Peltier-Element, Wärmeenergie zu- und/oder
abführen. Anstelle der Temperiervorrichtung 22 des Fluid- bzw. Flüssigkeitskreislaufs
20 kann beispielsweise auch die Abwärme des Antriebs des Magnetrührers 1 zum Beheizen
der Flüssigkeit in der Leitung 21 des Kreislaufs verwendet werden.
[0047] In Fig. 4a und 4b ist ein Ausführungsbeispiel eines Magnetrührers 1 mit einem Peltier-Element
11 zum Temperieren der Substratplatte 2 gezeigt, wobei dem Peltier-Element 11 mittels
eines oben beschriebenen Flüssigkeitskreislaufs durch Leitungen 21 Wärmeenergie zu-
oder abgeführt wird. Fig. 4a zeigt dabei eine Rückansicht des Magnetrührers 1 mit
dem Gehäuse 3. In dem Gehäuse 3 sind eine Eingangsöffnung 30 und eine Ausgangsöffnung
31 für die Leitung 21 des Flüssigkeitskreislaufs vorgesehen. Fig. 4b zeigt eine Schnittansicht
des Magnetrührers 1. Das Peltier-Element 11 ist von einem Material 12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
beispielsweise Aluminium oder ein anderes Metall, umgeben. Die Leitung des Flüssigkeitskreislaufs
verläuft von der Eintrittsöffnung 30 durch das Material 12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
Ein erster Leitungsabschnitt 21' verläuft im Gehäuseinneren von der Eintrittsöffnung
30 in Richtung der Substratplatte 2 bis zu einem Abstand d zu dieser. Ein zweiter,
an den ersten Leitungsabschnitt 21' anschließender zweiter Leitungsabschnitt 21" des
Flüssigkeitskreislaufs verläuft parallel zu der Substratplatte unterhalb in einem
Abstand d zu dieser durch das gut wärmeleitende Material 12.
[0048] Zum Heizen bzw. Kühlen der Substratplatte 2 wird der unteren (der Substratplatte
abgewandten) Platte des Peltier-Elements 11 durch die Leitungsabschnitte 21', 21"
des Flüssigkeitskreislaufs Wärmeenergie zu- bzw. abgeführt, wobei durch das Material
12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit ein guter Wärmeaustausch zwischen den Leitungsabschnitten
21', 21" und der unteren Platte des Peltier-Elements 11 gewährleistet ist. Das Material
12 dient somit als Wärmeaustauschvorrichtung 23 in einem oben beschriebenen Fluid-
bzw. Flüssigkeitskreislauf 20.
[0049] Fig. 5a und 5b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnungsmöglichkeit
einer Wärmetransportvorrichtung in einem Magnetrührer 1. Fig. 2b zeigt eine Schnittansicht
des Magnetrührers 1, welcher eine Substratplatte 2 umfasst und eine optional unter
dieser angeordnete Temperiervorrichtung 8, sowie ein Gehäuse 3. In einem inneren unteren
Bereich 13 des Gehäuses 3 ist ein nicht gezeigter Antrieb vorgesehen. Als Wärmetransportvorrichtung
ist ein Wärmerohr 15 vorgesehen, welches im Wesentlichen in einer Ebene zwischen dem
inneren unteren Bereich 13 des Gehäuses 3 und der Substratplatte 2 und Temperiervorrichtung
8 angeordnet ist und mit Kühlrippen 19 in Verbindung steht. Die Kühlrippen 19 stehen
vorzugsweise mit der Außenluft außerhalb des Gehäuses 3 in Verbindung. Zwischen dem
Wärmerohr 15 und dem inneren unteren Bereich 13 ist eine Schicht 18 eines Materials
mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z.B. eine Metallschicht) vorgesehen. Oberhalb des Wärmerohrs
15, d.h. zu der Substratplatte 2 und der Temperiervorrichtung 8 hin, ist eine Isolierschicht
17 vorgesehen.
[0050] Fig. 5a zeigt eine Draufsicht auf den Magnetrührer 1. Das Wärmerohr verläuft dabei
im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu der Substratplatte 2 von einem ersten Ende
15a des Wärmerohrs, welches mit den Kühlrippen 19 in Verbindung steht, spiralförmig
im Wesentlichen unter der Substratplatte 2 bis hin zu einem zweiten Ende 15b des Wärmerohres,
wobei sich das Wärmerohr einem Mittelpunkt der Substratplatte 2 annähert. In Fig.
5b sind die Querschnitte 15 des spiralförmigen Wärmerohres als nebeneinander angeordnete
Kreise gezeigt.
[0051] Durch die Abwärme des Antriebs wird der innere untere Bereich 13 erwärmt. Über die
Schicht 15 wird Wärmeenergie von dem inneren unteren Bereich 13 an das Wärmerohr 15
und über die Kühlrippen 19 an die Umgebungsluft abgegeben. Dadurch wird der innere
untere Bereich 13 und somit der Antrieb gekühlt. Durch die Isolationsschicht 17 wird
im Wesentlichen keine Wärmeenergie an die Substratplatte 2 und die Temperiervorrichtung
8 abgegeben, was insbesondere bei einem Kühlen der Substratplatte 2 vorteilhaft ist.
[0052] Vorzugsweise ist das Wärmerohr nicht in einer Ebene angeordnet, sondern weist von
dem zweiten (wärmeren) Ende 15b zu dem ersten (kälteren) Ende 15a hin eine gleichmäßige
Steigung auf, was den Rücktransport des wieder kondensierten Arbeitsmediums erleichtert.
[0053] Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können auch beliebig miteinander
kombiniert werden, soweit dies sinnvoll ist. So kann beispielsweise eine zum Temperieren
der Substratplatte verwendete Wärmetransportvorrichtung (Luftstrom, Flüssigkeitskreislauf
oder Wärmerohr) mit einem spiralförmigen Verlauf verwendet werden, die vorzugsweise
direkt unterhalb der Substratplatte angeordnet ist oder innerhalb eines Mediums mit
hoher Wärmeleitfähigkeit, das in Kontakt zu der Substratplatte steht.
[0054] Ferner ist es beispielsweise auch möglich, eine außerhalb des Laborgeräts vorgesehene
Probe zu temperieren, insbesondere (vor) zu heizen. So kann beispielsweise die Abwärme
eines in dem Laborgerät vorgesehenen Antriebs bzw. elektrisch betriebenen Vorrichtung
mittels einer Wärmetransportvorrichtung (Luftstrom, Flüssigkeitskreislauf oder Wärmerohr)
aus dem Laborgerät abgeleitet und einer außerhalb dieses vorgesehener Probe und/oder
einer in einem anderen Laborgerät vorgesehenen Probe zugeführt werden.
[0055] Auch wenn die Erfindung am Beispiel eines Magnetrührers beschrieben wurde, ist sie
nicht darauf beschränkt. Weitere Laborgeräte, in denen ein Wärmetransport durch eine
der oben beschriebenen Wärmetransportvorrichtungen erfolgen kann, sind z.B. Rotationsverdampfer
und Schüttel- und Mischgeräte. Anstatt die Abwärme eines Antriebs des Magnetrührers
zum magnetischen Antreiben eines Rührfisches zu einer Rotationsbewegung in der Probe
zu nutzen (z.B. zum Heizen der Probe), kann bei anderen Laborgeräten die Abwärme entsprechender
elektrisch betriebener Komponenten (z.B. Rotationsantriebs oder Vakuumpumpe eines
Rotationsverdampfers) verwendet werden.
1. Laborgerätsystem, umfassend zumindest ein Laborgerät (1) sowie zumindest ein Probenaufnahmeelement
(2) und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung (6, 7, 9, 15, 20) zum Zuführen und/oder
Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement (2),
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport von einem Antriebselement
der Vorrichtung zu einem Probenaufnahmeelement (2) des Laborgeräts (1) erfolgt.
2. Laborgerätsystem nach Anspruch 1, wobei das Probenaufnahmeelement (2) ein Teil des
Laborgeräts (1) ist.
3. Laborgerätsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Laborgerät (1) weiter eine Temperiervorrichtung
(8) zum Zu- bzw. Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von einem Probenaufnahmeelement
(2) des Laborgeräts (1) umfasst.
4. Laborgerätsystem nach Anspruch 3, wobei die Temperiervorrichtung (8) ein Peltier-Element
(11) ist und wobei die Wärmetransportvorrichtung (6, 7, 9, 15, 20) dem Peltier-Element
vorzugsweise Wärmeenergie zu- oder abführt.
5. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmetransportvorrichtung
einen Fluidkreislauf (20), vorzugsweise einen Flüssigkeitskreislauf, umfasst, der
vorzugsweise weiter eine Pumpe (24) aufweist.
6. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmetransportvorrichtung
jeweils einen in dem Laborgerät vorgesehenen Gaseinlass (4) und Gasauslass (5) umfasst
und vorzugsweise weiter einen in dem Laborgerät vorgesehenen Gasdurchlass (6, 7, 9).
7. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmetransportvorrichtung
ein Wärmerohr (15) ist und wobei das Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass
es ein örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist.
8. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Antriebselement der Vorrichtung
ein Rotationsantrieb und/oder eine Pumpe und/oder ein Kompressor ist.
9. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Laborgerätsystem weiter
zumindest einen Sensor, vorzugsweise eine Temperaturmesseinrichtung, umfasst.
10. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Probenaufnahmeelement
ein Behälter ist, der vorzugsweise thermisch isoliert ist und/oder eine Temperiervorrichtung
umfasst.
11. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Laborgerät einen Magnetrührer
(1) und/oder einen Rotationsverdampfer und/oder ein Schüttel- und Mischgerät und/oder
einen Inkubator und/oder einen Gefriertrockner umfasst.
12. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest die Wärmetransportvorrichtung
(6, 7, 9, 15, 20) als Aus- oder Nachrüstsatz für das Laborgerät (1) bereitgestellt
ist.
13. Laborgerät, umfassend zumindest ein Probenaufnahmeelement (2) und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung
(6, 7, 9, 15, 20) zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von dem
Probenaufnahmeelement,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport von einem Antriebselement
der Vorrichtung zu einem Probenaufnahmeelement (2) des Laborgeräts (1) erfolgt.
14. Laborgerät nach Anspruch 13, insbesondere ein Magnetrührer (1), wobei das Laborgerät
ein Peltier-Element (11) umfasst zum Temperieren des Probenaufnahmeelements (2) und
wobei die Wärmetransportvorrichtung vorzugsweise ein Wärmerohr (15) ist zum Zu- und/oder
Abführen von Wärme zu bzw. von dem Peltier-Element und wobei das Wärmerohr vorzugsweise
so angeordnet ist, dass es ein örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren
Ort hin aufweist.
1. A laboratory apparatus system comprising at least one laboratory apparatus (1) as
well as at least one sample receiving element (2) and at least one heat transport
device (6, 7, 9, 15, 20) for supplying and/or removing thermal energy to and/or from
the sample receiving element (2),
characterized in that
the heat transport device transports heat from a drive element of the device to a
sample receiving element (2) of the laboratory apparatus (1).
2. Laboratory apparatus system according to claim 1, wherein the sample receiving element
(2) is a part of the laboratory apparatus (1).
3. Laboratory apparatus system according to claim 1 or 2, wherein the laboratory apparatus
(1) further comprises a temperature control device (8) for supplying and/or removing
thermal energy to and/or from a sample receiving element (2) of the laboratory apparatus
(1).
4. Laboratory apparatus system according to claim 3, wherein the temperature control
device (8) is a Peltier element (11) and wherein the heat transport device (6, 7,
9, 15, 20) preferably supplies or removes thermal energy to or from the Peltier element.
5. Laboratory apparatus system according to one of claims 1 to 4, wherein the heat transport
device comprises a fluid circuit (20), preferably a liquid circuit, preferably further
comprising a pump (24).
6. Laboratory apparatus system according to one of claims 1 to 4, wherein the heat transport
device comprises a gas inlet (4) and gas outlet (5) provided in the laboratory apparatus,
respectively, and preferably further comprises a gas passage (6, 7, 9) provided in
the laboratory apparatus.
7. Laboratory apparatus system according to one of claims 1 to 4, wherein the heat transport
device is a heat pipe (15) and wherein the heat pipe is preferably arranged to have
a spatial gradient from a colder to a warmer location.
8. Laboratory apparatus system according to one of claims 1 to 7, wherein the drive element
of the device is a rotary drive and/or a pump and/or a compressor.
9. Laboratory apparatus system according to one of claims 1 to 8, wherein the laboratory
apparatus system further comprises at least one sensor, preferably a temperature measuring
device.
10. Laboratory apparatus system according to one of claims 1 to 9, wherein the sample
receiving element is a container, which is preferably thermally insulated and/or comprises
a temperature control device.
11. Laboratory apparatus system according to one of claims 1 to 9, wherein the laboratory
apparatus comprises a magnetic stirrer (1) and/or a rotary evaporator and/or a shaking
and mixing device and/or an incubator and/or a freeze dryer.
12. Laboratory apparatus system according to one of claims 1 to 11, wherein at least the
heat transport device (6, 7, 9, 15, 20) is provided as an equipment kit or retrofit
kit for the laboratory apparatus (1).
13. Laboratory apparatus comprising at least one sample receiving element (2) and at least
one heat transport device (6, 7, 9, 15, 20) for supplying and/or removing thermal
energy to and/or from the sample receiving element,
characterized in that
the heat transport device transports heat from a drive element of the device to a
sample receiving element (2) of the laboratory apparatus (1).
14. Laboratory apparatus according to claim 13, in particular a magnetic stirrer (1),
wherein the laboratory apparatus comprises a Peltier element (11) for controlling
the temperature of the sample receiving element (2) and wherein the heat transport
device is preferably a heat pipe (15) for supplying and/or removing heat to and/or
from the Peltier element and wherein the heat pipe is preferably arranged to have
a spatial gradient from a colder to a warmer location.
1. Système d'appareil de laboratoire comprenant au moins un appareil de laboratoire (1)
ainsi qu'au moins un élément de réception d'échantillon (2) et au moins un dispositif
de transport thermique (6, 7, 9, 15, 20) pour la fourniture et/ou l'évacuation d'énergie
thermique à ou de l'élément de réception d'échantillon (2),
caractérisé en ce
qu'un transport thermique d'un élément d'entraînement du dispositif à un élément de réception
d'échantillon (2) de l'appareil de laboratoire (1) est effectué par le dispositif
de transport thermique.
2. Système d'appareil de laboratoire selon la revendication 1, dans lequel l'élément
de réception d'échantillon (2) fait partie de l'appareil de laboratoire (1).
3. Système d'appareil de laboratoire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'appareil
de laboratoire (1) comporte en outre un dispositif de régulation de température (8)
pour la fourniture ou l'évacuation d'énergie thermique à ou d'un élément de réception
d'échantillon (2) de l'appareil de laboratoire (1).
4. Système d'appareil de laboratoire selon la revendication 3, dans lequel le dispositif
de régulation de température (8) est un élément Peltier (11) et dans lequel le dispositif
de transport thermique (6, 7, 9, 15, 20) fournit ou évacue de préférence de l'énergie
thermique à l'élément de Peltier.
5. Système d'appareil de laboratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
dans lequel le dispositif de transport thermique présente un circuit de fluide (20),
de préférence un circuit de liquide qui présente de préférence en outre une pompe
(24).
6. Système d'appareil de laboratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
dans lequel le dispositif de transport thermique comporte respectivement une entrée
de gaz (4) et une sortie de gaz (5) prévues dans l'appareil de laboratoire et de préférence
en outre un passage de gaz (6, 7, 9) prévu dans l'appareil de laboratoire.
7. Système d'appareil de laboratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
dans lequel le dispositif de transport thermique est un tube de chauffe (15) et dans
lequel le tube de chauffe est de préférence agencé de sorte qu'il présente un écart
local d'un endroit plus froid à un endroit plus chaud.
8. Système d'appareil de laboratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
dans lequel l'élément d'entraînement du dispositif est un entraînement de rotation
et/ou une pompe et/ou un compresseur.
9. Système d'appareil de laboratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,
dans lequel le système d'appareil de laboratoire comporte en outre au moins un capteur,
de préférence un dispositif de mesure de température.
10. Système d'appareil de laboratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,
dans lequel l'élément de réception d'échantillon est un récipient qui est de préférence
isolé de manière thermique et/ou un dispositif de régulation de température.
11. Système d'appareil de laboratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,
dans lequel l'appareil de laboratoire comporte un agitateur magnétique (1) et/ou un
évaporateur de rotation et/ou un appareil secoueur et mélangeur et/ou un incubateur
et/ou un lyophiliseur.
12. Système d'appareil de laboratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,
dans lequel au moins le dispositif de transport thermique (6, 7, 9, 15, 20) est fourni
en tant que kit d'équipement ou de rééquipement pour l'appareil de laboratoire (1).
13. Appareil de laboratoire comprenant au moins un élément de réception d'échantillon
(2) et au moins un dispositif de transport thermique (6, 7, 9, 15, 20) pour la fourniture
et/ou l'évacuation d'énergie thermique à ou de l'élément de réception d'échantillon,
caractérisé en ce
qu'un transport thermique d'un élément d'entraînement du dispositif à un élément de réception
d'échantillon (2) de l'appareil de laboratoire (1) est effectué par le dispositif
de transport thermique.
14. Appareil de laboratoire selon la revendication 13, en particulier agitateur magnétique
(1), dans lequel l'appareil de laboratoire comporte un élément Peltier (11) pour la
régulation de température de l'élément de réception d'échantillon (2) et dans lequel
le dispositif de transport thermique est de préférence un tube de chauffe (15) pour
la fourniture et/ou l'évacuation de chaleur à ou de l'élément Peltier et dans lequel
le tube de chauffe est de préférence agencé de sorte qu'il présente un écart local
d'un endroit plus froid à un endroit plus chaud.